מודלים אקלימיים הם למעשה תיאור מתמטי של האינטראקציה בין האטמוספירה, האוקיאנוסים, פני השטח, קרחונים והשמש. התיאור הזה מסובך מאוד, ולכן המודלים בנויים להעריך את מגמות השינוי ולאו דווקא אירועים בודדים. לדוגמא, מודל אקלים יכול להגיד שיהיה קר בחורף, אבל הוא לא יוכל לחזות את הטמפרטורה ביום מסויים (לזה אנחנו קוראים תחזית מזג אוויר, ולא אקלים). מגמות אקלימיות הן הממוצע ארוך הטווח של מזג האוויר (בד"כ ממוצע של 30 שנה). המגמה חשובה לנו מכיוון שהיא מאפסת (או מורחת) את השפעתם של אירועים בודדים, שיכולים להיות קיצוניים אך נדירים.

כדי לדעת האם מודל אקלימי הוא מוצלח, צריך לבחון אותו. מכיוון שאנחנו לא יכולים לחכות 30 שנה כדי לראות האם המודל צדק, נבחן את טיב המודל אל מול תצפיות מהעבר - כלומר, האקלים שאנחנו מכירים. אם מודל יכול לחזות בצורה מדויקת את המגמה מאיזושהי נקודת זמן התחלתית בעבר, נוכל לצפות שהוא יחזה את העתיד, לפחות במידה סבירה של ודאות.

בחינת טיב המודלים נערכת באמצעות תהליך של "חיזוי לאחור" (Hindcasting). אם המודל מצליח לחזות לאחור את שינויי האקלים שכבר התרחשו, אין סיבה לחשוב שהוא לא יחזה כמו שצריך את שינויי האקלים בעתיד. התהליך של חיזוי לאחור עוזר לנו גם להבין את הסיבות להתחממות הגלובלית. כשבחנו את המודלים אל מול תצפיות מהעבר, גילו שהמודלים לא מצליחים לשחזר את ההתחממות שכבר התרחשה, אלא אם הוסיפו להם פחמן דו-חמצני (כפי שבאמת נוסף לאטמוספירה). שינוי של גורמים אחרים במודלים מצליח לעתים לייצר תחזיות-עבר נכונות, עד לפני 30 שנה. את ההתחממות המשמעותית שקרתה ב-30 השנים האחרונות, אף מודל לא מצליח לשחזר ללא תוספת הפחמן הדו-חמצני. התוספת הזאת, מסבירה בצורה טובה את העליה בטמפרטורות, ללא צורך בגורמים (עלומים) נוספים.

מודלים מורצים כבר די הרבה זמן. למעשה, מספיק זמן כדי לבחון את הדיוק של התחזיות שלהם. לדוגמא, ההתפרצות של הר הגעש "פינטובו" שבפיליפינים אפשר לאנשי המודלים לבחון את הדיוק של מודלים אקלימיים להתפרצויות כאלה - ע"י הזנת נתוני ההתפרצות למודל. המודלים שחזרו בהצלחה את התגובה האקלימית להתפרצות. מודלים מצליחים לחזות בצורה טובה השפעות אקלימיות אחרות שכבר נצפו, כמו: ההתחממות המוגברת באזור הקוטב הצפוני ומעל ליבשות, התחממות מוגברת בלילה (לעומת היום) ואת ההתקררות של הסטרטוספירה.

רוב התחזיות שמגיעות ממודלים אקלימיים נחשבות יחסית מתונות. לדוגמא, הנה גרף שמראה את עליית פני הים:

עליית פני הים מאז 1970 ממדי גאות (באדום) ומתצפיות לווין (בכחול) בהשוואה לתחזיות מודל לשנים 1990-2010 (השטח האפור), מתוך דו"ח הועידה הבינלאומית השלישית לשינויי אקלים (IPCC). (מקור: The Copenhagen Diagnosis, 2009)

בדוגמא הזאת, המודלים הפחיתו מחומרת הבעיה. במציאות, תצפיות מעידות על כך שפני הים עולים בקצב שנמצא בגבול העליון של תחזיות המודלים. ישנן גם דוגמאות אחרות לכך שתחזיות מודלים הן לרוב מתונות ושמרניות, ולא קיצוניות כמו שלפעמים מתארים אותן. מכיוון שהמודלים מנסים לתאר מציאות מסובכת, יש אי ודאות מסויימת בתוצאותיהם, אך לאורך הזמן תחזיות המודלים נעשות מדויקות יותר. הגדלת הידע התצפיתי שלנו, באמצעות לוויינים למשל, מאפשרת לנו לבנות מודלים אמינים ומדוייקים יותר.

מודלים אקלימיים חזו בהצלחה תופעות שכיום יש לנו עדויות לקיומן. המודלים הם כלי אמין המסייע לנו בהערכת הפוטנציאל לשינויים אקלימיים.

מודלים אקלימיים הצליחו לחזות את התחממות פני השטח של כדור הארץ. לעומת זאת, מכחישי ההתחממות הגלובלית לא הצליחו בכך.

תחזיות שונות לטמפרטורה העולמית, כפי שניתנו ע"י מדעני אקלים ומודלים אקלימיים, וע"י מכחישי התחממות גלובלית, מושוות לתצפיות של נאס"א. באדיבות דנה נוקיטלי.

מסתובב באינטרנט גרף אחד שמשמש לטענות הפוכות, אבל הוא מתעלם מרוב הנתונים ויש בו פגמים רבים. ראו למטה: